嘶,真是太冷了!隆冬清晨,寒风凛冽,在去学的路上,虽然不停地向手掌哈气,但手尖还是感到冷,这时要是有一个温暖又方便的暖宝宝,那该多么好啊!近几年,国内越来越流行这种起源于日本的“暖宝宝”。那么,它到底为什么会发热呢?
暖宝宝是利用原电池加快氧化反应速度,使化学能向热能转变。它用了一种叫蛭石的矿物材料来保温,从而使保温时间更长。由于在使用前,暖宝宝并不会发生反应而产生热能,所以就要事先在产品外面套一个特别材质做成的袋子,它由原料层、明胶层和无纺布袋组成。无纺布袋采用微孔透气膜制作,明胶层是一个常规不透气的外袋。要用时,就去掉外袋,让无纺布内袋暴露在空气中。这时,空气中的氧气就可以通过透气膜进入产品里面。通过透气膜的透氧速率,可以控制温度的高低和释放热量的时间。要是透氧太慢,就感觉不到热了。而要是透氧太快、热量就会一下子都跑掉了,同时还可能让使用者发生烫伤。暖宝宝里面的成分有氯化钠(NaCl)固体、碳粉、三氧化二铁(Fe2O3)固体以及含镁铝的盐类等,在使用后,它会变为黑褐色固体。
以下是暖宝宝中的物质发生的反应:
负极:Fe-2e-=Fe2+
正极:O2+2H2O+4e-=4OH-
总反应:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2
4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3↓
2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O
暖宝宝被叫作“神奇暖炉”,它里面含有的黑色粉末功劳不小,这些粉末其实就是铁。那么,铁粉怎么会有这么神奇的功效呢?
拍打或揉捏暖宝宝时,它里面的铁粉就会和空气中的氧气结合,也就是出现“氧化反应”(即某种物质和氧气结合时产生的反应),从而产生一种新物质,叫作“氧化铁”。
不论是什么物质,在出现氧化反应时,都会产生热量。反应速度越快,产生的热量也就越多。暖宝宝中的粉末状铁粉,就是因为会和空气接触并迅速产生反应,所以才会发出热量。
除了暖宝宝,我们在周围可以看到的氧化反应还有很多。例如:
铁钉钉在墙上,过一段时间会生锈,这就是出现了氧化反应。当然,由于铁钉的反应很慢,所以,人就感觉不到热了。
可燃物燃烧,也是氧化反应。可燃物燃烧时,有些燃烧慢,有些则燃烧得很好,基本上没有烟雾产生,燃烧进行得很剧烈,比如天然气灶上燃起的火苗,这是因为氧气和燃气中的物质结合得很快。
而纸张、木头燃烧时则会产生很多烟雾。这是由于氧气没有和纸张、木头中所含有的碳很好地结合的缘故。空气中的氧气和碳元素相结合,会变成一氧化碳和二氧化碳。碳在常温情况下是固体,在与氧结合成一氧化碳或二氧化碳后会跑到空气中,而只留下炭渣。
煤炭中的成分复杂,除了碳,还有硫黄、钙、镁等,这些物质有的不燃烧,有的则会燃烧完,于是会有固体残留在煤渣中,这常常会使得燃烧后残留的煤炭灰仍保持原状。而仔细看炭灰,则能看到上面的很多小孔,它们就是碳跑出去后留下来的。
煤炭大部分都是由碳组成的。碳为黑色,有重量,所以当碳和氧气结合成了二氧化碳,消失以后,留下的炭灰就不再是原本的黑色了,而且正是这部分碳使煤炭在燃烧前后的重量出现差异。
在20世纪70年代的日本,有人利用化学知识,发明了一种取暖袋,叫暖身宝,又叫取暖袋、便利怀炉。它不用电、火、水或其他能源,小孩和老人都可安全使用,只要撕开外袋,即实现8~18小时、平均温度52摄氏度的发热。现在,暖宝宝已经成为日本国民的生活必需品。严寒的冬季,人们在户外活动时,用它就可防止肌肉因过冷而紧张和手部冻伤,预防感冒,或者缓解腰、腿、肩痛和其他生理病痛。
利用暖宝宝取暖驱寒已成为国际流行趋势,它成为使用最安全、最便捷的贴身发热器具以及热敷理疗时尚用品,它对腰、肩、腿、胃及关节疼痛等均有缓解作用。
寒冷的冬季,在外出时,利用它可以很好地驱寒、防止冻伤,同时它有着携带方便、发热持久稳定的特点,每天只要贴上薄薄的一片,就能满足人们一整天的御寒要求了。